Hong Kong CityU EES: batrị lithium-ion na-agbanwe agbanwe sitere na nkwonkwo mmadụ

Ndabere Nyocha

Ọchịchọ na-arịwanye elu nke ngwaahịa eletrọnịkị akwalitela ngwa ngwa ngwa ngwa nke ngwaọrụ nchekwa na-agbanwe na ike dị elu n'afọ ndị na-adịbeghị anya. Batrị lithium ion na-agbanwe agbanwe (LIBs) nwere njupụta ume dị elu yana ịrụ ọrụ elektrọnịkị kwụsiri ike ka a na-ahụta dị ka teknụzụ batrị na-ekwe nkwa maka ngwaahịa eletrọnịkị wearable. Ọ bụ ezie na iji elektrọd ihe nkiri dị mkpa na electrodes dabeere na polymer na-eme ka mgbanwe nke LIB dịkwuo mma, enwere nsogbu ndị a:

(1) Ọtụtụ batrị ndị na-agbanwe agbanwe ka a na-akwakọba site na "electrode-separator-positive electrode na-adịghị mma," na nrụrụ ha dị ntakịrị na mwepu n'etiti nchịkọta multilayer na-egbochi ọrụ nke LIB;

(2) N'okpuru ọnọdụ ụfọdụ ka njọ, dị ka mpịaji, ịgbatị, ikuku na nrụrụ mgbagwoju anya, ọ nweghị ike ikwe nkwa ịrụ ọrụ batrị;

(3) Akụkụ nke atụmatụ atụmatụ na-eleghara nrụrụ nke onye na-achịkọta ígwè dị ugbu a anya.

Ya mere, n'otu oge imezu ntakiri nkuku na-ehulata, ọtụtụ ụdị nrụrụ, ịdịte aka n'ibu dị elu na njupụta ume dị elu ka na-eche ọtụtụ ihe ịma aka ihu.

Okwu Mmalite

N'oge na-adịbeghị anya, Prọfesọ Chunyi Zhi na Dr. Cuiping Han nke Mahadum City University nke Hong Kong bipụtara akwụkwọ nke isiokwu ya bụ "Ụdị nhazi ihe nhazi nke mmadụ na-ejikọta ya maka bendable / foldable / stretchable / twistable batrị: nweta ọtụtụ nrụrụ" na Energy Environ. Sci. Ọrụ a sitere na nhazi nke nkwonkwo mmadụ ma mee ka ụdị LIB na-agbanwe agbanwe dị ka usoro nkwonkwo. Dabere na atụmatụ akwụkwọ akụkọ a, batrị akwadoro, nke na-agbanwe agbanwe nwere ike nweta njupụta ume dị elu ma gbadaa ma ọ bụ ọbụna mpịaji na 180º. N'otu oge ahụ, enwere ike gbanwee usoro nhazi ahụ site na ụzọ ikuku dị iche iche nke mere na LIBs na-agbanwe agbanwe nwere ikike nrụrụ bara ụba, enwere ike itinye ya na nrụrụ siri ike na mgbagwoju anya (ikuku na ntụgharị), na ọbụna nwee ike ịgbatị, na ike nrụrụ ha bụ. karịa akụkọ gara aga nke LIBs na-agbanwe agbanwe. Ntụle ịme anwansị nke mmecha gosipụtara na batrị emebere n'akwụkwọ a agaghị enwe nrụrụ rọba na-enweghị mgbagha nke onye na-anakọta ọla ugbu a n'okpuru nrụrụ dị iche iche siri ike na mgbagwoju anya. N'otu oge ahụ, batrị unit ahụ gbakọtara nwere ike nweta njupụta ike ruru 371.9 Wh/L, nke bụ 92.9% nke batrị rọrọ nrọ ọdịnala. Na mgbakwunye, ọ nwere ike ịnọgide na-arụ ọrụ okirikiri kwụsiri ike ọbụlagodi mgbe ihe karịrị oge 200,000 nke ịgbagọ siri ike yana oge 25,000 nke mgbagha siri ike.

Nnyocha ndị ọzọ na-egosi na sel sel cylindrical gbakọtara nwere ike iguzogide nrụrụ ndị siri ike na mgbagwoju anya. Mgbe ihe karịrị 100,000 mgbatị siri ike, 20,000 na-atụgharị, na 100,000 na-ehulata deformations, ọ ka nwere ike nweta ikike dị elu karịa 88%-ọnụego njide. Ya mere, LIB ndị na-agbanwe agbanwe nke a tụrụ aro n'akwụkwọ a na-enye atụmanya dị ukwuu maka ngwa bara uru na ngwa eletrọnịkị wearable.

Isi ihe nyocha

1) LIBs na-agbanwe agbanwe, nke sitere n'ike mmụọ nsọ site na nkwonkwo mmadụ, nwere ike ịnọgide na-arụ ọrụ okirikiri kwụsiri ike n'okpuru nbido, ntụgharị, ịgbatị, na nrụrụ ikuku;

(2) Site na batrị na-agbanwe agbanwe square, ọ nwere ike nweta njupụta ike ruo 371.9 Wh / L, nke bụ 92.9% nke batrị nro dị nro nke omenala;

(3) Ụzọ ikuku dị iche iche nwere ike ịgbanwe ọdịdị nke ngwugwu batrị wee nye batrị ahụ nrụrụ zuru oke.

Ntuziaka eserese

Nnyocha egosiwo na, na mgbakwunye na ịhụ njupụta ike dị elu na nrụrụ dị mgbagwoju anya, nhazi nhazi ahụ aghaghịkwa izere nrụrụ plastik nke onye na-anakọta ugbu a. Ihe ngosi mmechi nke njedebe na-egosi na ụzọ kachasị mma nke onye nchịkọta ugbu a kwesịrị ịbụ iji gbochie onye na-anakọta ugbu a ka ọ ghara inwe obere radius na-ehulata n'oge a na-ehulata iji zere nrụrụ plastik na mmebi na-enweghị ike ịgbanwe nke onye nchịkọta ugbu a.

Ọnụ ọgụgụ 1a na-egosi nhazi nke nkwonkwo mmadụ, nke na-eme ka ọkpụkpụ dị elu na-agbagọ agbagọ nke ọma na-enyere aka n'ịgbagharị nke ọma. Dabere na nke a, eserese 1b na-egosi ụdị graphite anode/diaphragm/lithium cobaltate (LCO) anode, nke enwere ike ịnya ya n'ime ihe owuwu gbara ọkpụrụkpụ square. N'ebe a na-ejikọta ya, ọ nwere ngwugwu abụọ siri ike siri ike na akụkụ na-agbanwe agbanwe. Nke kachasị mkpa, nnukwu nchịkọta ahụ nwere elu gbagọrọ agbagọ kwekọrọ na mkpuchi ọkpụkpụ nkwonkwo, nke na-enyere aka nrụgide na-enye aka ma na-enye ikike bụ isi nke batrị na-agbanwe agbanwe. Akụkụ na-agbanwe agbanwe na-arụ ọrụ dị ka ligamenti, na-ejikọta nnukwu nchịkọta ma na-enye mgbanwe (Figure 1c). Na mgbakwunye na ịgbanye n'ime ikpo square, enwere ike imepụta batrị nwere sel cylindrical ma ọ bụ triangular site na ịgbanwe usoro ikuku (Njirimara 1d). Maka LIBs na-agbanwe agbanwe nwere nkeji nchekwa ike square, akụkụ ndị jikọtara ọnụ ga-atụgharị n'akụkụ elu nke nwere ụdị arc nke nnukwu ngwugwu n'oge usoro ịgbagọ (Ọnọdụ 1e), si otú ahụ na-abawanye njupụta ike nke batrị na-agbanwe agbanwe. Tụkwasị na nke ahụ, site na mkpuchi mkpuchi polymer na-agbanwe agbanwe, LIBs na-agbanwe agbanwe na nkeji cylindrical nwere ike nweta ihe ndị nwere ike ịgbatị ma na-agbanwe agbanwe (Figure 1f).

Ọnụ ọgụgụ 1 (a) Nhazi nke njikọ njikọ ligament pụrụ iche na elu gbagọrọ agbagọ dị mkpa iji nweta mgbanwe; (b) Eserese eserese nke usoro batrị na-agbanwe agbanwe na usoro nrụpụta; (c) ọkpụkpụ kwekọrọ na tojupụtara electrode tojupụtara, na ligament kwekọrọ na unrolled (D) Ọdịdị batrị na-agbanwe agbanwe na sel cylindrical na triangular; (e) Stacking schematic diagram nke square cell; (f) Mgbatị nrụrụ nke mkpụrụ ndụ cylindrical.

Ojiji ọzọ nke nyocha ịme anwansị igwe kwadoro nkwụsi ike nke nhazi batrị na-agbanwe agbanwe. Ọgụgụ 2a na-egosi oke nrụgide nke ọla kọpa na foil aluminom mgbe a na-ehulata n'ime cylinder (180° radian). Nsonaazụ na-egosi na nrụgide nke ọla kọpa na aluminom dị ala karịa ike mkpụrụ ha, na-egosi na nrụrụ a agaghị eme ka nrụrụ rọba. Onye na-anakọta ígwè dị ugbu a nwere ike izere mmebi na-adịghị agbanwe agbanwe.

Ọgụgụ 2b na-egosi nkesa nrụgide mgbe ogo nke na-ehulata na-abawanye, na nrụgide nke foil ọla kọpa na aluminom dịkwa obere karịa ike mkpụrụ ha kwekọrọ. Ya mere, ihe owuwu ahụ nwere ike iguzogide ngbanwe mpịachi ka ọ na-ejigide ịdịte aka dị mma. Na mgbakwunye na ngbanwe ngbanwe, usoro ahụ nwere ike nweta ogo ụfọdụ nke mgbagwoju anya (Figure 2c).

Maka batrị ndị nwere nkeji cylindrical, n'ihi njirimara dị n'ime gburugburu, ọ nwere ike nweta nrụrụ siri ike na mgbagwoju anya. Ya mere, mgbe batrị na-apịaji na 180o (Figure 2d, e), gbatịa banyere 140% nke mbụ ogologo (Ọgụgụ 2f), na gbagọrọ agbagọ na 90o (Ọgụgụ 2g), ọ nwere ike ịnọgide na-enwe n'ibu kwụsie ike. Na mgbakwunye, mgbe a na-etinye ngbanwe + ntụgharị na ntụgharị nke iche iche, nhazi LIB ndị a haziri agaghị eme ka nrụrụ plastik enweghị ike ịgbanwe nke onye na-anakọta ọla ugbu a n'okpuru nrụrụ dị iche iche siri ike na mgbagwoju anya.

Ọgụgụ 2 (ac) Nsonaazụ ịme anwansị mmewere nke otu sel square n'okpuru ịgbado, mpịachi, na ntụgharị; (di) Nsonaazụ mmetụ mmewere zuru oke nke cell cylindrical n'okpuru ịgbado, mpịachi, ịgbatị, ịgbagọ, na-ehulata + ntụgharị na ikuku.

Iji nyochaa arụmọrụ electrochemical nke batrị na-agbanwe agbanwe, ejiri LiCoO2 mee ihe dị ka ihe cathode iji nwalee ikike mwepụ na nkwụsi ike okirikiri. Dị ka e gosiri na Figure 3a, ihapu ikike nke batrị na square sel na-adịghị budata ibelata mgbe ụgbọ elu na-nrụrụ na-ehulata, mgbanaka, apịaji, na gbagọrọ agbagọ na 1 C ịdị ukwuu, nke pụtara na n'ibu deformation agaghị eme ka imewe nke. batrị na-agbanwe agbanwe ka ọ bụrụ electrochemically Performance na-ada. Ọbụna mgbe ike ekwe ekwe (Figure 3c, d) na ike torsion (Figure 3e, f), na mgbe a ụfọdụ ọnụ ọgụgụ nke cycles, odori na-agbapụta n'elu ikpo okwu na ogologo okirikiri arụmọrụ enweghị pụtara ìhè mgbanwe, nke pụtara na esịtidem Ọdịdị nke. echekwara batrị nke ọma.

Ọgụgụ 3 (a) Nleba ụgwọ na mwepụta nke batrị unit square n'okpuru 1C; (b) Charge na mwepu usoro n'okpuru ọnọdụ dị iche iche; (c, d) N'okpuru nhuda siri ike, ịrụ ọrụ okirikiri batrị yana ụgwọ na mwepu kwekọrọ; (e, f) N'okpuru torsion na-agbanwe agbanwe, arụmọrụ okirikiri nke batrị na usoro mgbapu ụgwọ kwekọrọ n'okpuru okirikiri dị iche iche.

Nsonaazụ nyocha nke ịme anwansị na-egosi na ekele maka njirimara ebumpụta ụwa nke okirikiri, LIBs na-agbanwe agbanwe nwere ihe cylindrical nwere ike iguzogide nrụrụ dị oke egwu na mgbagwoju anya. Ya mere, iji gosipụta ọrụ electrochemical nke LIBs na-agbanwe agbanwe nke cylindrical unit, a na-eme ule ahụ na 1 C, nke gosipụtara na mgbe batrị na-eme mgbanwe dị iche iche, ọ fọrọ nke nta ka ọ bụrụ mgbanwe ọ bụla na ọrụ electrochemical. Nrụrụ ahụ agaghị eme ka mgbanaka voltaji gbanwee (Foto 4a, b).

Iji nwetakwuo ntule batrị cylindrical electrochemical kwụsie ike na n'ibu anwụ ngwa ngwa, ọ doro batrị a ike akpaghị aka ibu ule na a ọnụego nke 1 C. Nnyocha na-egosi na mgbe ike ịgbatị (ọgụgụ 4c, d), dynamic torsion (Figure 4e, f) , na ike na-ehulata + torsion (Onyonyo 4g, h), batrị chaja-ịwụsa okirikiri arụmọrụ na-emetụtaghị voltaji usoro. Ọgụgụ 4i na-egosi arụmọrụ batrị nwere ngalaba nchekwa ike mara mma. Ike mwepu na-emebi site na 133.3 mAm g-1 ruo 129.9 mAh g-1, na mfu ikike kwa okirikiri bụ naanị 0.04%, na-egosi na nrụrụ agaghị emetụta nkwụsi ike okirikiri ya na ikike mwepu ya.

Ọnụọgụ 4 (a) Nleba ụgwọ na nkwụsị nke usoro nhazi dị iche iche nke mkpụrụ ndụ cylindrical na 1 C; (b) Nkwụghachi ụgwọ na mwepu nke batrị n'okpuru ọnọdụ dị iche iche; (c, d) Ịrụ ọrụ okirikiri na chajị batrị n'okpuru mgbakasị ahụ na-agbanwe agbanwe usoro mgbapu; (e, f) arụmọrụ okirikiri nke batrị n'okpuru torsion na-agbanwe agbanwe na usoro ịgbasa ụgwọ kwekọrọ n'okpuru okirikiri dị iche iche; (g, h) arụmọrụ okirikiri nke batrị n'okpuru ike na-ehulata + torsion na kwekọrọ ekwekọ ụgwọ-mwepu usoro n'okpuru dị iche iche okirikiri; (I) Nlele chaja na mwepu nke batrị prismatic nwere nhazi dị iche iche na 1 C.

Iji nyochaa ngwa nke batrị na-agbanwe agbanwe na omume, onye edemede na-eji batrị zuru oke nwere ụdị nchekwa nchekwa ike dị iche iche iji mee ka ụfọdụ ngwaahịa eletrọnịkị azụmahịa, dị ka ekwe ntị, smartwatches, obere ọkụ eletrik, ngwa ịchọ mma, na smart phones. Ha abụọ zuru oke maka iji ya eme ihe kwa ụbọchị, na-egosipụta nke ọma ngwa ngwa nke ngwaahịa eletrọnịkị dị iche iche na-agbanwe na wearable.

Ọgụgụ 5 na-etinye batrị emebere na ekwe ntị, smartwatch, obere igwe eletrọnịkị, akụrụngwa ịchọ mma na ekwentị. Batrị na-agbanwe agbanwe na-enye ike maka (a) ekwe ntị, (b) smartwatch, na (c) obere fan ọkụ eletrik; (d) na-enye ike maka akụrụngwa ịchọ mma; (e) n'okpuru ọnọdụ nrụrụ dị iche iche, batrị na-agbanwe agbanwe na-enye ike maka smartphones.

Nchịkọta na anya

Na nchịkọta, isiokwu a sitere na nhazi nke nkwonkwo mmadụ. Ọ na-atụpụta usoro nhazi pụrụ iche maka imepụta batrị na-agbanwe agbanwe nke nwere ike dị elu, ọtụtụ nrụrụ na ịdịte aka. Tụnyere ya na LIBs ọdịnala na-agbanwe agbanwe, ihe ọhụrụ a nwere ike zere nrụrụ plastik nke onye na-anakọta ọla ugbu a. N'otu oge ahụ, elu gbagọrọ agbagọ nke edobere na nsọtụ abụọ nke ngalaba nchekwa ike emebere n'akwụkwọ a nwere ike belata nrụgide mpaghara nke ihe jikọrọ ọnụ. Na mgbakwunye, ụzọ ikuku dị iche iche nwere ike ịgbanwe ọdịdị nke tojupụtara, na-enye batrị deformability zuru oke. Batrị na-agbanwe agbanwe na-egosipụta nkwụsi ike okirikiri dị mma yana ịdịte aka n'ibu ekele maka imepụta akwụkwọ akụkọ ma nwee atụmanya ngwa dị ukwuu na ngwaahịa eletrọnịkị dị iche iche na-agbanwe na wearable.

Njikọ akwụkwọ

Nhazi nhazi sitere n'ike mmụọ nsọ mmadụ maka batrị bendable/foldable/stretchable/twistable: nweta ọtụtụ nrụrụ. (Environ ike. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D1EE00480H)